Question

17．以明矾[KAl（SO₄）₂•12H₂O]为原料制备Al、K₂SO₄和H₂SO₄的工艺流程如下：

依据上述流程图回答下列问题：
（1）写出明矾和硫单质混合焙烧发生反应的化学方程式4KAl（SO₄）₂•12H₂O+3S$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Al₂O₃+2K₂SO₄+9SO₂↑+48H₂O．
（2）从水浸后的滤液中得到K₂SO₄晶体的方法是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，实验室在蒸发浓缩过程中用到的主要仪器有蒸发皿、玻璃棒、酒精灯、三脚架．
（3）电解Al₂O₃时加入冰晶石的作用是降低Al₂O₃的熔点，节约能源．
（4）以Al和NiO（OH）为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时NiO（OH）转化为Ni（OH）₂，该电池反应的化学方程式是Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O=3Ni（OH）₂+NaAlO₂．
（5）焙烧产生的SO₂可用于制硫酸．已知25℃，101kPa时：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁=-197.0kJ•mol^-1
H₂O（g）═H₂O（l）△H₂=-44kJ•mol^-1
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）═2H₂SO₄（l）△H₃=-545kJ•mol^-1
则SO₃（g）和H₂O（l）反应的热化学方程式是SO₃（g）+H₂O（l）═H₂SO₄（l）△H=-130kJ•mol^-1．
（6）焙烧948吨明矾（M=474g•mol^-1），若SO₂的利用率为96%，则可生产多少吨质量分数为98%的硫酸？

Answer 1

分析 （1）“焙烧”过程中得到SO₂与固体混合物，而固体混合物进行水浸，过滤得到Al₂O₃与K₂SO₄，则焙烧”过程中得到SO₂、Al₂O₃、K₂SO₄，同时有水生成，配平是化学方程式；
（2）从溶液中获得晶体，需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等操作，实验室在蒸发浓缩过程中用到的主要仪器有：蒸发皿、玻璃棒、酒精灯、三脚架；
（3）Al₂O₃的熔点很高，电解时加入冰晶石降低Al₂O₃的熔点，可以节约能源；
（4）以Al和NiO（OH）为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时NiO（OH）转化为Ni（OH）₂，发生还原反应，则Al发生氧化反应，碱性条件下得到NaAlO₂，配平书写方程式；
（5）SO₃（g）和H₂O（l）发生反应为：SO₃+H₂O═H₂SO₄，根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以合适的系数进行加减，构造目标热化学方程式，反应热也进行相应的运算；
（6）将SO₂的利用率转化为KAl（SO₄）₂•12H₂O的利用率，由焙烧”过程中反应方程式，及硫元素守恒，可得关系式：4KAl（SO₄）₂•12H₂O～9H₂SO₄，据此计算．

解答 解：（1）“焙烧”过程中得到SO₂与固体混合物，而固体混合物进行水浸，过滤得到Al₂O₃与K₂SO₄，则焙烧”过程中得到SO₂、Al₂O₃、K₂SO₄，同时有水生成，发生反应为：4KAl（SO₄）₂•12H₂O+3S$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Al₂O₃+2K₂SO₄+9SO₂↑+48H₂O，
故答案为：4KAl（SO₄）₂•12H₂O+3S$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Al₂O₃+2K₂SO₄+9SO₂↑+48H₂O；
（2）从溶液中获得晶体，需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等操作，实验室在蒸发浓缩过程中用到的主要仪器有：蒸发皿、玻璃棒、酒精灯、三脚架，
故答案为：冷却结晶；蒸发皿、玻璃棒、酒精灯、三脚架；
（3）Al₂O₃的熔点很高，电解时加入冰晶石降低Al₂O₃的熔点，可以节约能源，
故答案为：降低Al₂O₃的熔点，节约能源；
（4）以Al和NiO（OH）为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时NiO（OH）转化为Ni（OH）₂，发生还原反应，则Al发生氧化反应，碱性条件下得到NaAlO₂，该电池反应的化学方程式是：Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O=3Ni（OH）₂+NaAlO₂，
故答案为：Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O=3Ni（OH）₂+NaAlO₂；
（5）SO₃（g）和H₂O（l）发生反应为：SO₃+H₂O═H₂SO₄，
已知：①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁=-197.0kJ•mol^-1
②H₂O（g）═H₂O（l）△H₂=-44kJ•mol^-1
③2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）═2H₂SO₄（l）△H₃=-545kJ•mol^-1
根据盖斯定律，（③-①）×$\frac{1}{2}$-②得：SO₃（g）+H₂O（l）═H₂SO₄（l）△H=-130kJ•mol^-1，
故答案为：SO₃（g）+H₂O（l）═H₂SO₄（l）△H=-130kJ•mol^-1；
（6）设可生产x吨质量分数为98%的硫酸，则：
4KAl（SO₄）₂•12H₂O～9H₂SO₄，
4×474             9×98
948t×96%          xt×98%
所以（4×474）：（9×98）=（948t×96%）：（xt×98%）
解得x=432，
答：可生产432吨质量分数为98%的硫酸．

点评 本题考查实验制备方案、物质的分离提纯、原电池反应式书写、热化学方程式书写、化学计算等，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础，（6）中注意利用关系式进行多步反应有损失率的计算，难度中等．